Слово «гидропоника» в переводе с греческого означает работа с водой в противоположность геопонике – работе с землей. Сущность гидропонного способа состоит в том, что растения выращивают без почвы на искусственных ее заменителях (гравий, песок, вермикулит, перлит, керамзит, гродан и др.). При этом для питания растений используют растворы минеральных солей.

Преимущества гидропонного способа выращивания овощей:

• исключаются трудоемкие процессы, связанные с использованием почвогрунтов;
• возможность управлять процессами роста и развития, в том числе с использованием компьютерной техники;
• обеспечение максимального урожая благодаря точному контролю за питанием;
• экономное расходование воды, удобрений, энергии;
• значительное улучшение условий труда овощеводов;
• возрастает коэффициент использования производственной площади.

1. Виды гидропонных систем

В зависимости от корнеобитаемого слоя различают следующие виды гидропонных систем.

Агрегатопоника – выращивание овощных растений на твердых сыпучих субстратах, обладающих небольшой влажностью. Этот метод условно назван гравийной культурой, хотя в качестве субстрата, кроме гравия, используют и другие материалы. В Беларуси начала развиваться одна из разновидностей агрегатопоники – выращивание растений на гродане и минеральной вате (рис. 1).

Рис. 1. Выращивание овощных культур на гродане и минеральной вате: 1 – подстилающая пленка; 2 – пласт из гродана или минеральной ваты; 3 – покровная светопроницаемая и светоотражающая пленка; 4 – питательный рассадный кубик из гродана или минеральной ваты; 5 – крестообразный разрез в покровной пленке для установки рассадного кубика; 6 – пластмассовый поливной трубопровод; 7 – капельница; 8 – датчик прихода солнечной радиации; 9 – емкости с концентрированными растворами минеральных удобрений; 10 – вентиль; 11 – помпа; 12 – регулирующий концентрометр; 13 – регулируемый клапан подачи концентрированного раствора удобрений; 14 – смесительная камера; 15 – магистральный водопровод; 16 – датчик концентрометра; 17 – регулятор расхода поливной воды; 18 – интегратор солнечной радиации

Хемопоника – выращивание овощных растений на субстратах растительного происхождения (рис. 2).

Ионитопоника – выращивание растений на синтетических ионообменных смолах, насыщенных питательными элементами, которые находятся в поглощенном, но доступном для растений обменном состоянии.

Рис. 2. Выращивание растений на опилках: 1 – грунт; 2 – дренажные трубы; 3 – слой гравия; 4 – дренажный слой песка; 5 – канатка в дренажном слое песка; 6 – пленка; 7 – отверстия в пленке; 8 – опилки; 9 – рассада; 10 – дождевальная установка; 11 – плодоносящее растение; 12 – вертикальная шпалера

Водная культура – выращивание растений на водных питательных растворах, в которые непосредственно погружены корни овощных растений (рис. 3).

Рис. 3. Схема выращивания овощных растений на водной культуре

Аэропоника, или «воздушная культура», характеризуется тем, что корни растений постоянно находятся во влажном воздухе и их часто опрыскивают питательным раствором (рис. 4).

Рис. 4. Схема выращивания овощных растений на аэропонике

2. Характеристика субстратов

Наиболее распространенный субстрат – гранитный щебень, получаемый путем дробления горной породы. Оптимальный размер частиц для выращивания рассады составляет 3–8 мм, взрослых растений – 3–12 мм. Гранитный щебень обладает большой теплопроводностью, в результате чего наблюдаются резкие колебания температуры в корнеобитаемом слое, что приводит к различным корневым заболеваниям растений.

Гравий по качеству уступает гранитному щебню. Его добывают из речных отложений. Для выращивания растений используют кремневый и кварцевый гравий, не содержащий карбоната кальция.

Керамзит – зернистый субстрат пористой структуры, получаемый из глин путем обжига. При обжиге глина вспучивается, становясь пористой и легкой. Этот субстрат обладает хорошими теплоизоляционными и водоудерживающими свойствами, однако непрочен и легко крошится. Следует также иметь в виду, что керамзит, получаемый из засоленных или из сильнокарбонатных глин, содержащих много хлоридов, сульфатов, а также алюминия оксида, отрицательно влияет на рост и развитие овощных культур.

Перлит – вулканическая стекловидная водоудерживающая порода. При нагревании до 1000–1200 °C он вспучивается и увеличивается в объеме в 10–12 раз. Для гидропонной овощной культуры используют перлитовый щебень с размером частиц 5–15 мм. Несмотря на хорошие водно-физические и тепловые свойства, этот субстрат не нашел широкого применения. Он быстро крошится, вследствие чего ухудшается аэрация корневой системы растений.

Вермикулит – минерал, относящийся к водным алюмосиликатам сложного механического состава. При обжиге (800–1000 °C) вермикулит вспучивается и увеличивается в объеме в 15–25 раз. Образуя массу воздушных полостей, он становится легким (100– 150 кг/м3). В процессе эксплуатации вермикулит выделяет в раствор небольшое количество магния и калия. Для выращивания растений лучше всего использовать крупновспученный вермикулит с размером частиц 5–15 мм. Этот субстрат можно применять без смены не более 4–5 лет.

Гродан получают путем плавления различных минеральных пород, преимущественно из диабаза или базальта с добавлением фенольной смолы. Это придает волокну жесткую структуру и качества водного адсорбента, что повышает общее водоудерживающее свойство субстрата. Указанные компоненты сплавляют при температуре 1600 °C. Из плавленой массы вытягивают волокно, которое используют при изготовлении матов и кубиков для выращивания овощных растений. Гродан – высокопористый материал. Объем пор у него достигает 97 %, влажность – 82 %. Этот субстрат не обладает буферностью. Для выращивания рассады используют кубики размером 10 × 10 × 10 см, а для выращивания взрослых растений – блоки 90 × 30 × 10 см.

3. Подготовка субстрата

Подбор и подготовка субстрата существенным образом влияют на урожайность выращиваемых овощных культур, так как от этого зависит обеспечение их не только водой и кислородом, но и питательными элементами.

Для выращивания растений нужно использовать субстрат необходимой фракции, предварительно определив степень засоренности его пылеватыми частицами. Наличие этих частиц в субстрате ухудшает аэрацию и затрудняет равномерное его увлажнение питательным раствором. Частицы удаляют из субстрата промыванием на виброситах.

Заранее определяют кислотность субстрата, его химический состав и инертность, т. е. устанавливают, не вступит ли субстрат в химическое взаимодействие с питательным раствором.

В практике эксплуатации гидропонных теплиц наблюдается снижение урожайности растений в процессе длительного использования субстратов. Это явление получило название старения субстратов. На поверхности субстрата накапливаются соли при обмене ионов в системе «растение–почвозаменитель–питательный раствор». Причем с увеличением срока использования субстрата возрастает степень его засоления.

Один из решающих факторов старения субстратов – наличие в них гниющей растительной массы. Продукты разложения корневых остатков и корневых выделений, накапливаясь в субстрате и растворе, ухудшают рост, развитие и продуктивность выращиваемых овощных культур. Поэтому важной задачей при выращивании овощных культур на искусственных субстратах является разработка мероприятий по ликвидации токсического действия корневых остатков на растения.

Обработка субстратов сильными окислителями устраняет вредное влияние корневых остатков. Дезинфицируют субстрат 5%-ным раствором формалина, который готовят в резервуаре для питательного раствора.

Высокие урожаи выращиваемых овощных культур можно получать только при оптимальной концентрации и соотношении питательных элементов в растворе.

При разработке рецепта уравновешенного питательного раствора необходимо учитывать ряд требований. В состав раствора должны входить все необходимые питательные элементы, потребляемые овощными растениями как в больших, так и в малых количествах.

Питательные растворы должны содержать необходимые элементы в таких количествах и соотношениях, которые обеспечивают оптимальный рост, развитие и высокую продуктивность овощных растений.

В процессе многократного использования питательного раствора изменяются его концентрация и кислотность, нарушается соотношение питательных элементов вследствие неодинакового поглощения анионов и катионов. Поэтому необходимы систематический контроль за содержанием питательных элементов в растворе и его корректировка через 6–10 дней.

Малообъемной гидропоникой называют способ выращивания овощей, когда корни растений размещены в небольшом по объему количестве субстрата. Чаще всего это выращивание на торфяном субстрате. Его насыпают в полиэтиленовые мешочки, в которых делают отверстия для посадки растений.

Гидропонные теплицы имеют специальное оборудование. Наиболее важным является растворный узел. Овощные культуры растут и плодоносят за счет питательных веществ, подаваемых в виде раствора. Состав питательных растворов зависит от культуры, фазы роста, погодных условий. Для приготовления растворов используют простые и хорошо растворимые удобрения. Подается раствор к растениям с помощью насоса по системе трубопроводов.

В большинстве тепличных комбинатов Беларуси внедрена агрегатопоника на минеральной вате (гродане). Она имеет ряд особенностей.

4. Особенности агрегатопоники на минеральной вате (гродане)

Перед началом оборота (в ноябре-декабре) теплицы готовят к использованию: убирают растительные остатки, тщательно моют дорожки, оборудование и дезинфицируют 3%-ным раствором гипохлорида. Много внимания уделяют очистке оросительной системы. Сначала ее заполняют на 24 ч 2–3%-ным раствором азотной кислоты для удаления накопившихся солей, затем промывают и заполняют на 24 ч периголем (пероксид водорода) для удаления водорослей и бактерий. Проводят планировочные работы поверхности земли и накрывают белой пленкой. Поверх укладывают маты (пакеты) с минеральной ватой, в которых специальным приспособлением делают отверстия (прорези) для растений. После этого устанавливают капельницы.

За два дня до посадки маты заполняют питательным раствором (раствор должен быть виден из прорезей). После этого теплицу начинают прогревать. Когда температура достигнет необходимого уровня (17–18 °C для огурцов и 20–22 °C для томатов), высаживают рассаду. Сроки посадки зависят от принятого культурооборота, обычно это первая-вторая декада января.

Рассаду к этому времени необходимо вырастить в рассадном отделении. Это делают по следующей схеме (рис. 4, вклейка). Подготовленные семена высевают в минеральноватные пальчики, которые помещают в кассеты и присыпают сверху вермикулитом или перлитом. Через 12–14 дней сеянцы переносят из кассет в кубики, которые имеют для этого специальные отверстия. Размер кубиков 10 × 10 × 8 см, 10 × 10 × 6,5 см.

После появления всходов растения досвечивают 18 ч в сутки. Для хорошего светового режима рассаду расставляют первый раз из расчета 35 шт./м2, затем через 20–24 дня – 16–18 шт./м2. Поливы проводят в утренние часы, следят за содержанием углекислого газа в воздухе и при необходимости проводят подкормки. Рассаду томатов выращивают 38–45 дней, огурцов – 28–30 дней. Готовая рассада должна иметь хорошо сформированные листья, развитые белые корни на дне кубика. У томата должны быть 5–6 листьев и видимые зачатки цветочной кисти, у огурца – 5 настоящих листьев.

Рассаду расставляют на подготовленные насечки (отверстия) в матах. После этого делают дренажные насечки. Плотность современной посадки – 2,5 шт./м2 томатов и 3–1,5 шт./м2 огурцов. При нормальном физиологическом росте и развитии в течение месяца растения огурца должны достичь шпалеры. При появлении цветков устанавливают домики со шмелями или ульи с пчелами.

Урожай томатов, выращиваемых гидропонным способом, при продленной культуре составляет 35–37 кг/м2, огурцов – до 40 кг/м2.